Förstudie inför utbyte av reläskydd

(1)

Department of Science and Technology Institutionen för teknik och naturvetenskap

Linköpings Universitet Linköpings Universitet

SE-601 74 Norrköping, Sweden 601 74 Norrköping

Förstudie inför utbyte av

reläskydd

Mikael Gustafsson

(2)

Förstudie inför utbyte av

reläskydd

Examensarbete utfört i elanläggning

vid Linköpings Tekniska Högskola, Campus

Norrköping

Mikael Gustafsson

Handledare Daniel Andersson

Examinator Lars Backström

(3)

Rapporttyp Report category Examensarbete B-uppsats C-uppsats D-uppsats _ ________________ Språk Language Svenska/Swedish Engelska/English _ ________________ Titel Title Författare Author Sammanfattning Abstract ISBN _____________________________________________________ ISRN _________________________________________________________________

Serietitel och serienummer ISSN

Title of series, numbering ___________________________________

Nyckelord

Keyword

URL för elektronisk version

Institutionen för teknik och naturvetenskap Department of Science and Technology

2005-06-09

x

LITH-ITN-EX--05/020--SE

Förstudie inför utbyte av reläskydd

Mikael Gustafsson

Rapporten är en förstudie inför byte av reläskydd på Fiskeby Board AB i Norrköping. Den inleds med en kort teoretisk del där reläskyddens funktioner beskrivs. Efter det följer en beskrivning av de befintliga reläskydd som sitter i mottagningsställverket. Utifrån den tas en kravspecifikation fram för de nya skydden. En marknadsöversikt visar sedan lite kort vilka produkter som tre tillverkare har att erbjuda. Ett antal av dessa undersöks närmare för att sedan jämföras med varandra. Resultatet är att tillverkarnas skydd är mycket jämbördiga men att en av dem utmärker sig med låga priser och en annan med sin goda användbarhet.

(4)

Detta dokument hålls tillgängligt på Internet – eller dess framtida ersättare –

under en längre tid från publiceringsdatum under förutsättning att inga

extra-ordinära omständigheter uppstår.

Tillgång till dokumentet innebär tillstånd för var och en att läsa, ladda ner,

skriva ut enstaka kopior för enskilt bruk och att använda det oförändrat för

ickekommersiell forskning och för undervisning. Överföring av upphovsrätten

vid en senare tidpunkt kan inte upphäva detta tillstånd. All annan användning av

dokumentet kräver upphovsmannens medgivande. För att garantera äktheten,

säkerheten och tillgängligheten finns det lösningar av teknisk och administrativ

art.

Upphovsmannens ideella rätt innefattar rätt att bli nämnd som upphovsman i

den omfattning som god sed kräver vid användning av dokumentet på ovan

beskrivna sätt samt skydd mot att dokumentet ändras eller presenteras i sådan

form eller i sådant sammanhang som är kränkande för upphovsmannens litterära

eller konstnärliga anseende eller egenart.

För ytterligare information om Linköping University Electronic Press se

förlagets hemsida

http://www.ep.liu.se/

Copyright

The publishers will keep this document online on the Internet - or its possible

replacement - for a considerable time from the date of publication barring

exceptional circumstances.

The online availability of the document implies a permanent permission for

anyone to read, to download, to print out single copies for your own use and to

use it unchanged for any non-commercial research and educational purpose.

Subsequent transfers of copyright cannot revoke this permission. All other uses

of the document are conditional on the consent of the copyright owner. The

publisher has taken technical and administrative measures to assure authenticity,

security and accessibility.

According to intellectual property law the author has the right to be

mentioned when his/her work is accessed as described above and to be protected

against infringement.

For additional information about the Linköping University Electronic Press

and its procedures for publication and for assurance of document integrity,

please refer to its WWW home page:

http://www.ep.liu.se/

(5)

- 1 -

Sammanfattning

Rapporten är en förstudie inför byte av reläskydd på Fiskeby Board AB i Norrköping. Den inleds med en kort teoretisk del där reläskyddens funktioner beskrivs. Efter det följer en beskrivning av de befintliga reläskydd som sitter i mottagningsställverket. Utifrån den tas en kravspecifikation fram för de nya skydden. En marknadsöversikt visar sedan lite kort vilka produkter som tre tillverkare har att erbjuda. Ett antal av dessa undersöks närmare för att sedan jämföras med varandra. Resultatet är att tillverkarnas skydd är mycket jämbördiga men att en av dem utmärker sig med låga priser och en annan med sin goda användbarhet.

Abstract

This report is a protection relays feasibility study. It was carried out at Fiskeby Board AB located in Norrköping. The report begins with a short theoretical part on protection relays that is followed by a description of the current protection relays. From that demands on the new protection relays is formed. Next comes a brief look at the selected producers product ranges. The most suitable protection relays are examined closer and then compared to each other. The conclusion drawn is that the protection relays are very equal but one producer offers lower prices than the others and another one offers the best usability.

(6)

Förord

Den här rapporten är resultatet av ett examensarbete som ingår i

högskoleingenjörsutbildningen Data- & elektroteknik (numera industriella el- och it-system) med profilen data- och elsystem. Examensarbetet utfördes under våren 2005.

Ett tack vill jag ge handledaren Daniel Andersson, examinatorn Lars Backström och Ulf Halvarsson som är elansvarig på Fiskeby Board AB.

(7)

- 3 -

Innehållsförteckning

1. INLEDNING ... 5 1.1FÖRETAGSBESKRIVNING... 5 1.2BAKGRUND... 5 1.3SYFTE... 5 1.4METOD... 5 2. TEORI... 6 2.1SKYDDSFUNKTIONER... 6 2.1.1 Överströmsskydd ... 6 2.1.2 Jordfelsskydd ... 6 2.1.3 Differentialskydd ... 8 2.1.4 Riktade skydd... 8 2.2SELEKTIVITET... 8 3. ELSYSTEMET... 9 4. BEFINTLIGA RELÄSKYDD... 10

4.1RELÄSKYDD FÖR INKOMMANDE LINJE ML214 ... 10

4.2RELÄSKYDD FÖR INKOMMANDE LINJE ML216 ... 10

4.3RELÄSKYDD FÖR TRANSFORMATOR T1 ... 11

4.6RELÄSKYDD FACK 4, STÄLLVERK A ... 14

4.7RELÄSKYDD FACK 5, STÄLLVERK B ... 14

4.8RELÄSKYDD FACK 8, STÄLLVERK C ... 14

4.9RELÄSKYDD FACK 14, STÄLLVERK D ... 15

4.10RELÄSKYDD FACK 7, STÄLLVERK KC ... 15

4.11RELÄSKYDD FACK 12, PANNA 4... 15

4.12RELÄSKYDD FACK 11, LOKALTRAFO... 16

4.13DISPOSITION... 17

5. NYA SKYDD ... 18

5.1KRAVSPECIFIKATION... 18

5.1.1 Transformatorskydd... 18

5.1.2 Lokaltransformatorn... 19

5.1.3 Skydd för inkommande linjer ... 19

5.1.4 Övriga skydd... 19

5.2.MARKNADSÖVERSIKT... 20

5.2.1 ABB... 20

5.2.2 Areva Transmission & Distribution... 21

5.2.3 Schneider Electric, Merlin Gerin ... 22

6. KANDIDATER FÖR NYA SKYDD ... 23

6.1TRANSFORMATORSKYDD... 23

6.1.1 ABB RET 541... 24

6.1.2 AREVA MiCOM P632 ... 26

6.1.3 Merlin Gerin Sepam T87 ... 28

6.2ÖVRIGA SKYDD... 31

6.2.1 ABB REX 521 ... 32

6.2.2 Areva MiCOM P127... 34

6.2.3 Merlin Gerin Sepam S41 ... 36

7. JÄMFÖRELSE AV NYA SKYDD ... 38

8. SLUTSATS OCH DISKUSSION... 39

9. KÄLLFÖRTECKNING ... 40

(8)

Figurförteckning

Bild 2.1. En spänningstransformator med öppen deltakoppling s. 7 Bild 2.2. Tre olika sätt att mäta nollföljdsströmmen s. 8

Bild 6.1. ABB RET 541 s.24 Bild 6.2. Areva P63x s 26 Bild 6.3 Sepam T87. s.28 Bild 6.4. ABB REX 521 s.32 Bild 6.5. Areva MiCOM P127 s.34 Bild 6.6. Ett skydd ur Sepam serie 40 s.36 Bild 6.7. Kommunikationsmodul för RS485 s.37

Tabellförteckning

Tabell 2.1. Symmetriska komponenter s.7

Tabell 2.2. Symmetriska komponenters uppträdande vid olika fel s.7 Tabell 4.1. Skyddsfunktioner för linje ML214 s.10

Tabell 4.2. Skyddsfunktioner för linje ML216 s.10 Tabell 4.3. Skyddsfunktioner för transformator T1 s.11 Tabell 4.4. Skyddsfunktioner för transformator T2 s.12 Tabell 4.5. Skyddsfunktioner för transformator T3 s.13 Tabell 4.6. Skyddsfunktioner för fack 4 s.14

Tabell 4.7. Skyddsfunktioner för fack 5 s.14 Tabell 4.8. Skyddsfunktioner för fack 8 s.14 Tabell 4.9. Skyddsfunktioner för fack 14 s.15 Tabell 4.10. Skyddsfunktioner för fack 7 s.15 Tabell 4.11. Skyddsfunktioner för fack 12 s.15 Tabell 4.12. Skyddsfunktioner för fack s.16 Tabell 4.13. Reläskydd i skåp RC1 s.17

Tabell 4.14. Reläskydd för T1 och T2 i skåp RC3 och RC2 s.17 Tabell 4.15. Reläskydd för ML214 och ML216 i skåp RC4 s.17 Tabell 4.16. Reläskydd för T3 i skåp RC5 s.17

Tabell 6.1. Pris för Areva MiCOM P632 s.27 Tabell 6.2. Pris för Merlin Gerin Sepam T87 s.30 Tabell 6.3. Priser för ABB REX 521 s.33

Tabell 6.3. Pris för Merlin Gerin S41 s.37

Tabell 7.1. Sammanfattad jämförelse av de tre tillverkarna och deras skydd s.38

Bilageförteckning

Bilaga 1. Enlinjeschema s.41

Bilaga 2. Engelsk-svensk ordlista s.42 Bilaga 3. Förkortningar s.43

Bilaga 4. Schema för spänningsregulator till Sepam T87 s.44 Bilaga 5. Spänningsregulatorkod för Sepam T87 s.45

(9)

- 5 -

1. Inledning

1.1 Företagsbeskrivning

Fiskeby Board AB är en av Europas äldsta tillverkare av papper och kartong. 1637 fick Fiskeby ett privilegiebrev av Drottning Kristina för att starta tillverkning av papper. Idag produceras kartong av returfiber. Produkten kallas Multiboard och är ett heltäckande sortiment för förpackningskartong.

1.2 Bakgrund

De reläskydd som idag sitter i inkommande ställverk installerades i början av 80-talet då hela ställverket byggdes om. Några skydd har slutat fungera och på grund av deras ålder går det inte längre att få tag på reservdelar.

Vid reläskyddsprov som genomförs vartannat år så har skydden visat sig opålitliga då man slagit tillbaks till driftläge från provläge. De har ibland givit utlösninssignal helt obefogat. Därför utför man reläskyddsproven under planerade stopp för att inte riskera att få oönskade produktionsstop, som kostar stora pengar.

1.3 Syfte

Syftet är att hitta lämpliga reläskydd som kan ersätta de befintliga.

1.4 Metod

Först görs en inventering av nuvarande reläskydd genom att undersöka de ritningar som finns och titta i ställverket. Detta leder sedan till en kravspecifikation. I nästa fas görs en kort marknadsöversikt. Därefter undersöks lämpliga skydd närmare.

(10)

2. Teori

Som kortslutningsskydd för lågspänningsobjekt används gäng- eller knivsäkringar. Dessa finns för strömmar upp till 100A respektive 800A och spänningar upp till 660V. Vid högre strömmar och spänningar använder man oftast effektbrytare och reläskydd. Det finns även högspänningssäkringar. De är specificerade från 10A till 1000A och 3,6-72,5kV enligt IEC (International Electrotechnical Commission). Det internationella standardiseringsorganet för elektronik.

Olika skyddsobjekt har olika behov av skydd. En generator kräver betydligt fler skydd än t.ex. en ledning. Reläskydd finns därför i många olika modeller och har anslutningar för ström och/eller spänning. De vanligaste skyddsfunktionerna är överströmsskydd och jordfelsskydd. Nedan följer en beskrivning av dessa.

2.1 Skyddsfunktioner

2.1.1 Överströmsskydd

Överströmsskyddet används för att detektera kortslutningar. Eftersom kortslutningar kan leda till allvarliga skador på både egendom och person, ska en kortslutning kunna brytas av två av varandra oberoende system. Därför kan ett modernt överströmsskydd normalt ha flera

inställningar för överström. Då kan en inställning eller ett steg som det också kallas användas som reserv för underliggande skydd.

En kortslutning kan vara antingen tvåfasig eller trefasig.

Vid en trefasig kortslutning, som ger högst kortslutningseffekt, blir strömmarna lika stora och inbördes fasförskjutna 120°. Kortslutningsströmmen beror av fasspänningen och

kortslutningsimpedansen per fas: Ik3 =UF Zk .

För tvåfasiga kortslutningar är de två inblandade fasströmmarna lika stora och motriktade, d.v.s. fasförskjutna 180°. Kortslutningsströmmarna beror av huvudspänningen och dubbla kortslutningsimpedansen per fas: I_k₂ =U_H (2Z_k). Då U_H = 3U_F ger det att

kortslutningsströmmen per fas vid en trefasig kortslutning är ca 15 % större än den för en tvåfasig kortslutning.

2.1.2 Jordfelsskydd

Jordfel uppstår då en eller flera faser kommer i kontakt med jord. Felströmmen beror huvudsakligen på hur nätet är jordat men även övergångsmotståndet kan spela stor roll. Övergångsmotståndets storlek beror av ljusbågsmotståndet och jordmotståndet.

Ljusbågsmotståndet uppgår normalt till ett par ohm. Om exempelvis en nedfallen faslina hamnar på torrt underlag kan jordmotståndet uppgå till flera hundra ohm.

(11)

- 7 -

inte praktiskt att använda ett vanligt fasmätande överströmsskydd. Istället mäter man summaströmmen, också kallad nollföljdsströmmen.

En trefasstorhet kan delas upp i tre symmetriska komponenter, plusföljd, minusföljd och nollföljd. De är definierade enligt tabell 2.1. I tabellen används ström som storhet, men samma sak gäller även för spänning och impedans.

Tabell 2.1. Symmetriska komponenter

Symmetrisk komponent Definition

Plusföljd

(

r r r

)

₁₂₀o 3 2 2 1 , 3 1 e a I a I a I I₊ = _L + _L + _L = Minusföljd

(

r r r

)

₁₂₀o 3 2 2 1 , 3 1 e a I a I a I I₋ = _L + _L + _L = Nollföljd

(

)

3 2 1 0 3 1 L L L I I I I = r + r + r

För ett symmetriskt system (symmetrisk matningsspänning och symmetrisk last) ser man att minus- och nollföljdskomponenterna är noll. Men vid tvåfasig kortslutning och jordfel är de skiljda från noll, se tabell 2.2.

Tabell 2.2. Symmetriska komponenters uppträdande vid olika fel.

Fel Symmetriska komponenter

Trefasig kortslutning Plusföljd Tvåfasig kortslutning Plusföljd Minusföljd

Jordfel Plusföljd Minusföljd

Nollföljd

Således kan man mäta nollföljdsströmmen och nollföljdsspänningen för att detektera jordfel. Nollföljdsspänningen kan fås genom direkt uppmätning av spänningen mellan systemets nollpunkt och jord eller genom att koppla sekundärlindningarna till tre

spänningstransformatorer i öppen D-koppling. Se bild 2.1. Ett skydd som mäter nollföljdsspänningen kan också kallas nollpunktspänningsskydd.

(12)

Nollföljdsströmmen kan mätas på några olika sätt. Genom att koppla sekundärlindningarna hos tre strömtransformatorer i en summaströmskoppling får man nollföljdsströmmen. Strömmen kan också mätas i nollpunkts-jordningen. Ett tredje alternativ är att använda en kabelströms-transformator som omsluter alla tre faserna. Se bild 2.2.

Bild 2.2. Tre olika sätt att mäta nollföljdsströmmen. Triangeln visar att enlinjeframmställningen går över till trefasig framm-ställning

Då alla övertoner som är jämnt delbara med tre ger upphov till nollföljdsströmmar är det vanligt att jordfelsskydd är grundtons-mätande.

2.1.3 Differentialskydd

Differentialskyddet fungerar

enligt Kirchhoffs första lag, d.v.s. summan av alla strömmar i en knutpunkt är noll. Knutpunkten kan t.ex. vara en transformator eller en ledning.

Differentialskyddet är det viktigaste skyddet för en transformator. Det är ett skydd för kortslutningar internt i transformatorn.

2.1.4 Riktade skydd

Ett riktat skydd kan ställas in så att det endast ger funktion för ström i en riktning eller då strömmen har en viss fasförskjutning i förhållande till spänningen. Man kan t.ex. ställa in det så att det endast fungerar för induktiva laster.

2.2 Selektivitet

Med selektivitet menar man att det vid fel endast ska ske en bortkoppling av den felbehäftade delen. Det kan ske på lite olika sätt, de vanligaste är funktions- och tidsselektivitet. Vid tidsselektivitet sätts funktionstiden högre för ett överliggande skydd. Vid funktionsselektivitet sätts t.ex. utlösningsströmmen högre för överliggande skydd.

Ett annat alternativ är att använda blockeringar för att blockera överliggande skydd. Det kan vara bra då det är ungefär samma kortslutningseffekter på flera nivåer och man inte vill öka funktionstiderna för att få tidsselektivitet. En blockeringssignal består av en logisk etta.

(13)

- 9 -

3. Elsystemet

Fiskeby Board AB tar emot elkraft från två 40kV ledningar som har en sammankopplingslina. Den ena är endast en reservledning och är normalt inte är spänningssatt. Om ett avbrott skulle uppstå på huvudledningen kan man koppla in reservledningen.

40kV-ledningen matar tre transformatorer. En av dem är dedikerad till panna 5 och har en märkeffekt på 25MW, de andra två har en märkeffekt på 16,25MVA och försörjer hela det övriga bruket. Eftersom spänningen sjunker vid ökad belastning har alla tre transformatorerna lindningsomkopplare på primärsidan för att kunna ändra transformatorns omsättning och på så sätt bibehålla önskad sekundärspänning. T1 och T2 har en sekundärspänning på 6,3kV. På T3 är den 11kV, lite högre för att hålla nere strömmarna.

T1 och T2 är kopplade till ett tvåskenesystem, på så sätt kan man välja om man vill mata en skena med en transformator eller om man vill mata båda skenorna med en transformator. Se bilaga 1. Till varje skena finns det 14 fack för effektbrytare. Från dessa brytare går det ledningar till fem underställverk, panna 4 och en lokaltransformator. Lokaltransformatorn förser ställverket med manöverspänning.

(14)

4. Befintliga reläskydd

Nedan kommer översiktstabeller för nuvarande reläskydd. Önskade inställningar avser de som rekommenderas i selektivplanen, [4].

Då man förmodligen inte kommer att byta ut alla skydd vid ett tillfälle står det angivet för alla skydd vilken prioritet de har för att bytas ut.

Ett utropstecken indikerar att inställningsvärdet inte finns på de befintliga skydden

4.1 Reläskydd för inkommande linje ML214

Tabell 4.1. Skyddsfunktioner för linje ML214

Funktion Nuvarande skala Önskade inställninger Övrigt Överström låg 2,5-10A 0,1-6,4s 7,16A 1,6s Trafo: 300-600/5 Jordfel ström 0,2-0,9A 0,1-6,4s 0,21A 1,4s Trafo: 300-600/5 Nollpunkt- spänningsskydd 25-56V 0,1-6,4s 49,5V 9s ! Trafo: 44/ 3/0,11/ 3

Inkommande linjer skyddas med överströmsskydd, jordfelsskydd och nollpunktspänningsskydd. Se tabell 4.1.

Skydden för ML214 fungerade felfritt vid det senaste reläskyddsprovet men

överströmsskyddet har bara ett steg och önskad tidsinställning för nollpunktspänningsskyddet finns inte. Prioriteten sätts till medel.

4.2 Reläskydd för inkommande linje ML216

Tabell 4.2. Skyddsfunktioner för linje ML216

Skyddsfunktion Nuvarande skala Önskade inställningar Övrigt Överström låg 2,5-10A 0,1-6,4s 7,16A 1,6s Trafo: 300-600/5 Riktat Jordfel ström 0,2-0,9A 0,1-6,4s 0,21A 1,4s Trafo: 300-600/5 Nollpunkt- spänningsskydd 25-56V 0,1-6,4s 49,5V 9s ! Trafo: 44/ 3/0,11/ 3/

Överströmsskyddet till ML216 är riktat till skillnad från det till ML214. Se tabell 4.2. Vid det senaste reläskyddsprovet löste inte överströmsskyddet ur vid överström på fas L1. Därför sätts prioriteten till hög.

(15)

- 11 -

4.3

Reläskydd för transformator T1

Tabell 4.3. Skyddsfunktioner för transformator T1

Skyddsfunktion Nuvarande skala Önskade

inställningar Övrigt Överström låg 2,5-10A 0,1-6,4s 11,93A ! 0,8s Överström hög 20-80A 0s (momentant) 35,8A 0,3s ! Trafo: 300-600/5 Jordfel ström 0,1-0,45A 0,1-6,4s 0,13A 0,8s Trafo: 300-600/5 Differential- skydd 0,9* Över-/under- spänning U< 60-95V U> 105-140V U< 90V U> 115V Spänningsregulator

PGT-skydd - - Temperatur-, tryck- och gasvakter Överström låg 5-20A 0,05-3,2s 15,63A 0,8s Trafo: 1600/5 Överström låg 5-20A 0,05-3,2s 15,63A 0,2s Blockerbart steg Nollpunkt- spänningsskydd 25-56V 0,1-6,4s 10,5V ! 3s Trafo: 6,6/ 3/0,11/ 3

På nedsidan sitter det ett överströmsskydd med två steg, ett snabbt och ett långsamt. Det långsamma steget är blockerbart.

Vid reläskyddsprov har det inte varit några problem med skydden men alla värden för optimal selektivitet kan inte ställas in (enl. [4]) så prioriteten sätts till medel. Se tabell 4.3.

(16)

4.4 Reläskydd för transformator T2

inställningar Övrigt Överström låg 2,5-10A 0,1-6,4s 11,93A ! 0,8s Överström hög 20-80A 0s (momentant) 35,8A 0,3s ! Trafo: 300-600/5 Jordfel ström 0,1-0,45A 0,1-6,4s 0,13A 0,8s Trafo: 300-600/5 Differential- skydd 0,9* Över-/under- spänning U< 60-95V U> 105-140V U< 90V U> 115V Spänningsregulator

PGT-skydd - - Temperatur-, tryck- och gasvakter Överström låg 5-20A 0,05-3,2s 15,63A 0,8s Trafo: 1600/5 Överström låg 5-20A 0,05-3,2s 15,63A 0,2s Blockerbart steg Nollpunkt- spänningsskydd 25-56V 0,1-6,4s 10,5V ! 3s Trafo: 6,6/ 3/0,11/ 3

Skydden för T2 är identiska med de för T1. Prioriteten sätts till medel av samma anledning som för T1. Se tabell 4.4.

(17)

- 13 -

4.5 Reläskydd för transformator T3

inställningar Övrigt Överström låg 2,5-10A 0,1-6,4s 3,6A 1,2s Överström hög 20-80A 0s (momentant) 17,8A ! 0,4s ! Trafo: 1200-600/5 Jordfel ström 20-80mA 0,1-6,4s 67mA 0,8s Trafo: 1200-600/5 Differential- skydd 0,8* Över-/under- spänning U< 60-95V U> 105-140V U< 90V U>115V Spänningsregulator

PGT-skydd - - Temperatur-, tryck- och gasvakter Underspänning 50-112V 0,1-6,4s 60V 6,4s Nollpunkt- spänningsskydd 25-56V 0,05-3,2s 11,0V ! 0,5s Trafo: 11/ 3/0,11/ 3 Överström hög 5-20A 0,05-3,2s 9,06A 0,1s Trafo: 1600/5

Transformator T3 har även ett underspänningsskydd, exakt vilken funktion det har är oklart. Vid reläskyddsprov har det inte varit några problem med skydden men alla värden för optimal selektivitet kan inte ställas in så prioriteten sätts till medel. Se tabell 4.5.

(18)

4.6 Reläskydd fack 4, ställverk A

Tabell 4.6. Skyddsfunktioner för fack 4

Placering Skyddsfunktion Nuvarande

skala

Önskade inställningar

Övrigt

RC1.A Överström låg 2,5-10A 0,05-3,2s 5,83A 5s ! Trafo: 600-1200/5 2 faser Blockering in och ut RC1.A Jordfel ström 20-90mA

0,05-3,2s

35mA 2s

Trafo: 200/1

Reläskyddet rekommenderas att bytas ut på grund av att det inte har ett tvåstegs överströms-skydd. Steget som finns är för låg överström. Det gör att man måste ställa ner underliggande skydd som ska blockera detta till samma ström eller närmast lägre. Annars kommer detta skydd att lösa ut före skydden nedanför och betydligt mer än den felbehäftade delen kommer att kopplas bort. Prioriteten blir hög. Se tabell 4.6.

4.7 Reläskydd fack 5, ställverk B

Skyddsfunktion Nuvarande skala Önskade inställningar Övrigt Överström låg 0,1-1,5*In 0,05-300s 7,5A 3s Överström hög 0,1-1,5*In 0,05-300s 41,7A 0,2s Trafo: 600-1200/5 2 faser Blockering in och ut In=600 Jordfel ström 0,1-1,5*In 0,05-300s 35mA 2s Trafo: 200/1

Reläskyddet för ställverk B är bara ett par år gammalt och behöver därför inte bytas ut. Skyddet är ett Merlin Gerin Sepam S41. Se tabell 4.7.

4.8 Reläskydd fack 8, ställverk C

Skyddsfunktion Nuvarande skala Önskade inställningar Övrigt Överström låg 2,5-10A 0,05-3,2s 11,7A 2s Trafo: 600-1200/5 2 faser Blockering in och ut Jordfel ström 20-90mA 0,05-3,2s 35mA 2s Trafo: 200/1

(19)

- 15 -

4.9 Reläskydd fack 14, ställverk D

Skyddsfunktion Nuvarande skala Önskade inställningar Övrigt Överström hög 5-120A 0,1-90s 41,7A 0,2s Trafo: 600-1200/5 2 faser Blockering in och ut Jordfel ström 0,05-10*In 0,05-0,3s 35mA 2s ! Trafo: 200/1

Skyddet för ställverk D är förhållandevis nytt men det rekommenderas ändå att bli utbytt. Det har enbart ett steg för överström. Detta innebär att det inte finns något reservskydd för fel mellan transformatorerna och inkommande effektbrytare. Om skyddet skulle fela får T1- eller T2s skydd ta hand om felet vilket kommer att resultera i att halva bruket blir utan el.

Dessutom är tidsinställningsområdet för jordfelsskyddet väldigt litet vilket innebär försämrad selektivitet vid jordfel. Se tabell 4.9.

4.10 Reläskydd fack 7, ställverk KC

Skyddsfunktion Nuvarande skala Önskade inställningar Övrigt Överström låg 2,5-10A 0,05-3,2s 4,17A 3s Trafo: 600-1200/5 2 faser Blockering in och ut Jordfel ström 20-90mA 0,05-3,2s 35mA 2s Trafo: 200/1

För reläskydd till fack 7 gäller samma sak som för fack 4. Se tabell 4.10.

4.11 Reläskydd fack 12, panna 4

Skyddsfunktion Nuvarande skala Önskade inställningar Övrigt Överström låg 2,5-10A 0,05-3,2s 5,83A 2s Trafo: 600-1200/5 2 faser Blockering in och ut Jordfel ström 20-90mA 0,05-3,2s 35mA 2s Trafo: 200/1 Underspänning 25-56V 0,1-6,4s Trafo: 6,6/ 3/0,11/ 3/0,11/3

(20)

4.12 Reläskydd fack 11, lokaltrafo

Skyddsfunktion Nuvarande skala Önskade inställningar Övrigt Jordfel 20-90mA 0,05-3,2s 35mA Trafo: 200/1

Jordfelsskyddet för lokaltransformatorn har fungerat felfritt vid reläskyddsprov så dess prioritet sätts till låg. Se tabell 4.12.

(21)

- 17 -

4.13 Disposition

Skydden är disponerade i fem skåp enligt tabellerna nedan. Skåpen är 19 tums rack och har höjden 40U (1U=1,75”=44,45mm). För enheter som inte tar upp 19 tum används enheten TE som motsvarar en femtedels tum. Bredden blir således 95TE.

Skåp RC1 är ganska fullt och det är önskvärt att man kan få in de nya skydden i samma skåp för att undvika att behöva dra om en massa kablage. Se tabell 4.13.

Tabell 4.13. Reläskydd i skåp RC1. Skydd för Höjd Prioritet Fack 4, ställverk A 3U Hög Fack 5, ställverk B 6U Låg Fack 6, reserv 3U Låg Fack 7, ställverk KC 3U Hög Fack 8, ställverk C 3U Hög Fack 11, lokaltransformator 3U Låg Fack 12, panna 4 3U Låg Fack 14, ställverk D 6U Hög

Tabellerna 4.14-4.16 visar dispositionen för reläskydden till transformatorerna och matningsledningarna.

Tabell 4.14. Reläskydd för T1 och T2 i skåp RC3 och RC2

Funktion Höjd Prioritet

Tidöverströmsskydd med oriktat jordfel 3U Medel

Differentialskydd 3U ”

Spänningsreglering 3U ”

Gas-, tryck- och temperaturskydd 3U ”

Tidöverströmsskydd 3U ”

Nollpunktspänningsskydd 3U ”

Tabell 4.15. Reläskydd för ML214 och ML216 i skåp RC4

Funktion Höjd Prioritet Tidöverströmsskydd 3U Medel Jordfelsskydd 3U ” Nollpunktspänningsskydd 3U ” Tidöverströmsskydd 3U ” Jordfelsskydd 3U ” Nollpunktspänningsskydd 3U ” Tabell 4.16. Reläskydd för T3 i skåp RC5 Funktion Höjd Prioritet

Tidöverströmsskydd med oriktat jordfel 3U Medel

Differentialskydd 3U ”

Spänningsreglering 3U ”

Gas-, tryck- och temperaturskydd 3U ”

Underspänningsskydd 3U ”

Tidöverströmsskydd 3U ”

(22)

5. Nya skydd

5.1 Kravspecifikation

Kravspecifikationerna är framtagna utifrån de funktioner som finns i de befintliga skydden, förvärvade teoretiska kunskaper och brister beskrivna i selektivplanen.

Om spänningen skulle försvinna vill man att samtliga brytare slår ifrån. Det kan fås med hjälp av underspänningsskydd. Anledningen är att man ska få ett kontrollerat uppstartsförlopp efter spänningsavbrott.

5.1.1 Transformatorskydd

Transformatorskydden måste förutom de vanliga överströms- och jordfelsskydden även ha differentialskydd, spänningsreglering, nollpunktspänningsskydd och ingångar för blockering, gas-, tryck- och temperaturvakter.

Överströmsskydd

Skydden ska ha två trefas överströmsskydd, ett för primärsidan och ett för sekundärsidan. Båda skydden bör ha minst två steg. Det ena steget på sekundärsidan ska kunna blockeras.

Jordfelsskydd

Då nuvarande skydd inte är riktade och selektivitetsplanen utfördes med oriktade skydd som utgångspunkt görs bedömningen att det inte är nödvändigt med riktade skydd.

Nollpunktspänningsskydd

Nollpunktspänningsskydd används för att ta hand om jordfel med hög övergångsresistans. De oriktade skydden kan missa dessa fel eftersom skydden har nedsatt känslighet för att inte lösa ut för kapacitiva strömmar.

Differentialskydd

Skyddet måste ha kompensering för strömtransformatorernas och transformatorns omsättningar. Det är också bra, men inte nödvändigt, om det har kompensering för lindningsomkopplarens läge. Om det inte finns måste man ställa ner känsligheten.

Kompensering för fasvridning (som uppstår vid Dy- eller Yd-koppling) är inte nödvändig då transformatorerna är Yyn0-kopplade.

Underspänningsskydd

Skyddet till transformator T3 har idag ett underspänningsskydd med brytande funktion. Dess syfte är att bryta strömmen vid spänningsbortfall. Anledningen är att pannan effektäge måste stegas ner innan man kan koppla till spänningen igen.1

Spänningsreglering

(23)

- 19 -

5.1.2 Lokaltransformatorn

Eftersom lokaltransformatorn inte drar så mycket ström och inte behöver kopplas från selektivt så skyddas den av säkringar för kortslutning. Det finns också ett jordfelsskydd. Strömtransformatorer finns redan och då de flesta reläskydd idag har både överströms- och jordfelsskydd, kan man lika gärna investera i ett sådant med bägge funktionerna när man ska byta ut jordfelsskyddet.

5.1.3 Skydd för inkommande linjer

Linjeskydden ska precis som förut ha överströmsskydd, jordfelsskydd och nollpunktspänningsskydd.

Skydden ska ha överströmsskydd för 2 faser med minst två steg, ett för hög överström och ett för låg överström.

Jordfelsskydd

Då nuvarande skydd inte är riktade och selektivitetsplanen utfördes med oriktade skydd som utgångspunkt görs bedömningen att det inte är nödvändigt med riktade skydd.

Nollpunktspänningsskydd används för att ta hand om jordfel med hög övergångsresistans.

5.1.4 Övriga skydd

Skydden ska ha överströmsskydd för två eller tre faser med minst två steg. In- och utgångar för blockering är också nödvändiga.

Jordfelsskydd

Jordfelsskydden rekommenderas att vara riktade. Som det är nu med oriktade jordfelsskydd är de inställda på minst tre gånger de maximala kapacitiva strömmar som kablar och motorer genererar. Detta innebär försämrad känslighet, speciellt för fel med hög övergångsresistans.

Underspänningsskydd

Skyddet för utgående matning till panna 4 har idag ett underspänningsskydd av samma anledning som för skyddet till panna 5.

(24)

5.2. Marknadsöversikt

I det här avsnittet kommer en kort översikt av vad som finns på reläskyddsmarknaden idag. De företag som ingår är ABB, Areva Transmission & Distribution och Schneider Electric. Dessa företag föreslogs av den elansvarige på Fiskeby Board AB.

5.2.1 ABB

ABBs produktprogram innefattar komplett skydd för elkraftsystem, från enskilda reläer och datakommunikationsenheter till hela stationsautomationssystem. För att tillgodose olika kunders behov har de tre olika produktfamiljer för reläskydd, var och en med sina speciella egenskaper.

500-serien

Denna produktfamilj består av en mängd terminaler (eng. terminals) för att täcka många olika behov. Skydden håller en hög teknisk nivå för avancerade tillämpningar och finns i många modeller för att skydda t.ex. matningsledningar, kablar och transformatorer.

En terminal kan ha flera olika funktioner och därmed underlätta t.ex. installation och underhåll, men även förenkla ett omfattande system genom att man kan ha färre enheter. Terminalerna kan t.ex. ha funktioner som fellokalisering, övervakning, händelseloggning och ”grafinspelning” .

För kommunikation har terminalerna tre anslutningar. En PC-anslutning på framsidan och två seriekommunikationsportar på baksidan. Den ena för antigen standardprotokollet IEC 60 870-5-103 eller ABB SPA bus och den andra för LON (Local Operating Network).

COMBIFLEX

COMBIFLEX gör skäl för namnet. Det är ett komplett koncept där man kan kombinera enheter med olika funktioner på ett flexibelt sätt. I konceptet ingår också ett

monteringssystem som erbjuder enkel installation, pålitliga kopplingar och personsäkerhet. Familjen består av 52 olika enheter som kan kombineras så att man får ett önskat skydd för de flesta objekt, t.ex. generatorer, kondensatorbatterier och ledningar.

Enskilda enheter ur COMBIFLEX-familjen kan också användas tillsammans med terminaler ur 500-serien som t.ex. reserv eller för blockering.

SPACOM

SPACOM-serien omfattar reläskydd, alarmsystem och kontrollenheter för distribution. Alla enheter har kommunikationsmöjligheter och kan enkelt kopplas till ett styrsystem. Enheterna är små till storleken och kan med fördel monteras i direkt samband med effektbrytarna som de ska manövrera.

(25)

- 21 -

5.2.2 Areva Transmission & Distribution

Arevas produktprogram kallas MiCOM och innefattar förutom reläskydd även automations-utrustning och mätinstrument. För reläskydd finns det tre serier: 20-, 30- och 40-serien. Uppdelningen är baserad på vart produkten kommer ifrån, 20=Frankrike, 30=Tyskland, 40=England.

På alla tre serierna finns det en RS232-port på framsidan som används för att göra

inställningar med MiCOM S1 mjukvaran. På 20-serien används den även till att uppgradera mjukvaran. På 30- och 40-serien finns det en separat port för det. På baksidan finns det en port baserad på RS485-spänningsnivåer. De protokoll som stöds är Courier/K-bus, Modbus, IEC 60870-5-103 och DNP3.0. Som tillägg kan man välja en fiberoptisk port på 30- och 40-serierna.

20-serien

20-serien tillgodoser grundläggande behov för transmission, distribution och industri. Serien erbjuder enkelhet i form av kompakta enheter och programmering med enkel AND-logik. I serien ingår enheter för överströmsskydd, motorskydd, linjedifferentialskydd,

brytarfelskydd, spännings- och frekvensskydd.

30-serien

Designad att möta rigorösa krav av högspänningssystem med fokus på skydd för matningar och transformatorer.

Antalet in- och utgångar är valbart beroende på behov, det finns olika

kommunikationsmöjligheter och enheterna finns i olika modeller för rackmontering eller väggmontering.

40-serien

Produkterna i 40-serien är fullmatade med skyddsfunktioner som tillgodoser de mest krävande applikationerna. Förutom att 40-serien har fler skyddsfunktioner har den även större minne så att man kan spara fler händelser och spela in fler och längre störningar.

(26)

5.2.3 Schneider Electric, Merlin Gerin

Sepam är namnet på Merlin Gerins reläskydd för hög- och mellanspänningsanläggningar. Skydden är uppdelade i 3 serier och 4 beteckningar, serienummer efter mängden funktioner skydden har och beteckning beroende på användningsområde. Serierna kallas serie 20, 40 och 80. Beteckningarna är S för skydd för allmänna tillämpningar, T för transformatorer, M för motorer och G för generatorer.

Samtliga skydd är försedda med störningsskrivare och tidsstämplad händelselista. Samma programmeringsmjukvara används till alla skydd. Kommunikationsmodul för RS485 Modbus finns för alla tre serier.

Det går att bygga ut skyddens funktionalitet med moduler som man ansluter till basenheten. Moduler med digitala in- och utgångar, med Pt100-ingångar och en modul för analog utgång.

Sepam serie 20

I serien ingår det 5 olika enheter för skydd av enkla till normala objekt och fördelningar såsom matningar, motorer och transformatorer.

Sepam serie 40

Serie 40 finns med sju olika skyddsbeteckningar för att skydda normala till komplexa objekt och fördelningar. Till skillnad från serie 20 finns det en modell för skydd av generatorer. Några specifika funktioner som finns i denna serie är riktat jordfelsskydd och riktat överströmsskydd..

Sepam serie 80

Merlin Gerin Sepam serie 80 finns med tolv olika skyddsbeteckningar för att skydda normala till komplexa objekt och fördelningar. Några specifika skydd som finns i denna serie är

differentialskydd, underimpedansskydd och övermagnetiseringsskydd. Skydden kan visa antal övertoner i procent för ström och spänning.

(27)

- 23 -

6. Kandidater för nya skydd

För de nya skydden är det ett antal kriterier som studeras. Dessa är funktionalitet, storlek, kommunikation, användarvänlighet och ekonomi.

Vid beskrivning av inställningsområden så är beteckningen In sekundärvärdet på transformatorn som kopplas till skyddet.

6.1 Transformatorskydd

Genom att göra en sökning på tillverkarnas hemsidor hittar man snabbt de skydd som är avsedda för transformatorskydd. Med andra ord har de dubbla strömskydd och ett differentialskydd.

• ABB RET 541

• ABB SPAD 345 C tillsammans med SPAU 341 C • ABB Combiflex för transformatorer

• Areva MiCOM P632 tillsammans med KVGC

• Merlin Gerin Sepam T87

ABB har tre olika transformatorskydd. För att förstudien inte ska dra ut på tiden kommer endast ett av dessa att ingå.

För att få ett komplett transformatorskydd med Combiflex behövs minst 4st enheter, med SPAD+SPAU blir det två enheter. Då framstår RET 541 som ett mer attraktivt val med alla funktioner i en låda vilket innebär enklare handhavande och inkoppling.

Värt att notera är att Merlin Gerin inte har någon spänningsregulator eller skydd med inbyggd sådan i sitt sortiment.

(28)

6.1.1 ABB RET 541

Bild 6.1. ABB RET 541

Funktioner och inställningar Överströmsskydd

RET 541 har tre stycken trefas

tidöverströmsmoduler. Som tillägg kan de göras riktade. Två steg finns att tillgå.

Lågöverströmssteget kan ha konstanttids- och inverstidskaraktär medan högöverströmssteget bara kan ha konstanttid. Stegen har separata blockeringsingångar. Skyddet är grundtonsmätande. Inställningsområden är 0,1-5*In för lågöverströmssteget, 0,1-40*In för högöverströmssteget och 0,05-300s. Se bild 6.1. Jordfelsskydd

Jordfelsskyddet har två steg, som tillägg kan det göras riktat. Skyddet är grundtonskännande. Liksom överströmsskyddet kan lågströmssteget ha både konstanttid- och inverstidkaraktär medan högströmsteget endast kan ha konstanttid. Jordströmmen kan antingen mätas genom att man kopplar en summaströmstransformator till skyddet eller genom summering av fasströmmarna av mikroprocessorn.

Inställningsområden är 0,01-1*In för lågöverströmssteget, 0,1-12*In för högöverströmssteget och 0,05-300s.

Differentialskyddet har inbyggd kompensering för transformatorns omsättning vid olika inställningar på lindningsomkopplaren och för fasförskjutning i transformatorn.

Det finns två steg, ett för hög differensström och ett för låg. För att minska risken för felaktiga utlösningar har skyddet funktioner som analyserar vågform, andra övertonen, femte övertonen och räknar bort nollföljdströmmen som inte transformeras. Detta gäller endast lågströms-steget.

Inställningsområdena är 2-25*In för högöverströmssteget och 0,1-0,5*In för lågöverströmsssteget. Typisk frånslagstid är mindre än 45ms.

Det finns ett överspänningsskydd som man kan välja om det ska vara enfas eller trefas. För att kunna koppla in den öppna deltakopplade spänningstransformatorn väljer man då den

enfasiga varianten.

(29)

- 25 -

Med en binär I/O-modul kan man ta in de signaler som behövs.

RET 541 har en inbyggd spänningsregulator. Man kan koppla strömmar och spänningar till den på tre sätt:

• Tre fasspänningar och tre fasströmmar

• En huvudspänning och motsvarande två fasströmmar • En fasspänning och motsvarande fasström.

Blockering för överström finns.

Spänningsregulatorn kan läsa av aktuell inställning på lindningsomkopplaren med analog mA-ingång eller binära ingångar.

Blockering

Blockeringssignaler kan tas in med en binär I/O-modul

Övriga skydd

Förutom de nödvändiga skydd som beskrivits ovan har RET 541 ett antal andra skydd. De är jorddifferentialskydd, termiskt skydd, underspänningsskydd, övermagnetiseringsskydd och över-/underfrekvensskydd.

Loggning

I minnet kan RET 541 lagra 140 tidsstämplade händelser. Till varje händelse kan man knyta 16 signaler, både interna och insignaler från I/O-moduler.

Störningsinspelning finns och dess kapacitet är t.ex. 5 inspelningar med 3 analoga ingångar som samplas 40 gånger per sekund i 1.6s.

Kommunikation

Skyddet är försett med tre kommunikationsportar. På framsidan sitter det en optisk RS232-port som används för koppling till PC. Protokollet är SPA. På baksidan finns det två RS232-portar för anslutning av kommunikationsmoduler. Modulerna finns för RS232, RS485 och fiberoptik. Protokoll som stöds är SPA, LON, Profibus DP, IEC_103, DNP 3.0 och Modbus.

Användarvänlighet

Mjukvaran finns inte för fri nedladdning och har därför inte testats. Manualerna är bra uppbyggda och lättlästa.

Ekonomi

(30)

6.1.2 AREVA MiCOM P632

Funktioner och inställningar

Bild 6.2. Areva P63x

Två trestegs överströmsskydd finns. Stegen kan blockeras med hjälp av binära ingångar. Det första steget kan dessutom blockeras av ett

startströmsstabiliseringssteg.

Inställningsområdena är 0,1-30*In och 0-100s. Se bild 6.2.

Jordfelsskydd

Tre steg finns att tillgå. Summaströmmen kan antingen tas in från en summaströmstransformator eller beräknas som summan av fasströmmarna. Inställningsområdena är 0,1-8*In och 0-100s.

Skyddet har kompensering för omsättning och fasförskjutning. Stabilisering för inkopplingsströmmar finns.

En spänningsingång finns för över och/eller underspänningsskydd. Inställningsområdena är 0,2-1,5*In och 0-100s.

Gas-, tryck- & temperaturvakt

Signalerna från vakterna kan tas in med binära ingångar.

MiCOM P632 saknar spänningsreglering. För det finns KVGC som är en ren

spänningsregulator. Den har sann effektivvärdesmätning för stabilisering mot övertoner. Överströmsskydd och över-/underspänningsskydd finns.

Blockering

Blockeringssignal kan tas in med en binär ingång.

Övriga skydd

Över-/underfrekvens, jorddifferentialskydd och övermagnetiseringsskydd.

Loggning

Minnet för inspelning är uppdelat för fyra olika typer av inspelningar.

Loggning av förändringar av signaler eller parametrar som är relevanta för driften. Minnet har plats för 100 tidsstämplade händelser som vardera kan innehålla 1024 logiska

(31)

- 27 -

tidsstämplade händelser som vardera kan innehålla 1024 logiska tillståndssignaler.

Överbelastningslista med plats för 200 händelser om vardera 1024 logiska tillståndssignaler. Felloggning med plats för 8 händelser. Vid varje händelse kan upp till 1024 logiska

tillståndssignaler spelas in 200 gånger med 1ms upplösning. Alla strömmar och spänningar samplas med 20 samplingar per period. Totalt för alla fel är maximal inspelningstid 16,4s.

Kommunikation

Det finns tre olika kommunikationsmoduler att välja på beroende på vilken hårdvara man vill använda. En för RS485 kopparkabel, en för glasfiber och en för plastfiber.

Kommunikationsprotokoll som stöds är IEC 60870-5-101/103, Modbus eller DNP 3.0.

Användarvänligheten är allmänt ganska dålig. Konfigurationsprogrammet är mycket enkelt uppbyggt rent formmässigt men däremot väldigt krångligt funktionsmässigt.

Den tryckta manualen är riktigt dålig. Till att börja med är den lite väl lång, över 500 sidor. Det hade varit smidigare om den delats upp i ett par delar. Exempelvis en del för

konfigurering och en del för installation o.s.v. Vidare beskrivs de olika skydden med blockdiagram. Det hade varit bättre om de beskrivits med ord istället. Översiktstabeller för inställningsområden saknas helt.

Ekonomi

Tabell 6.1. Pris för Areva MiCOM P632

Enhet Pris

Reläskydd €3 860

Spänningsregulator €2 720

Totalt €6 580

(32)

6.1.3 Merlin Gerin Sepam T87

Funktioner och inställningar

Bild 6.3 Sepam T87 T87 har 8 ingångar för ström, 4

ingångar för spänning och 5 reläutgångar. Se bild 6.3.

Som tillval finns ett antal moduler. • I/O-modul med 14 ingångar och 6 utgångar. Maximalt tre moduler kan anslutas.

• Kommunikationsmodul för 2-tråds RS485, 4-2-tråds RS486 eller fiberoptik. 2 moduler kan anslutas. Protokollet är

Modbus.

• Temperaturmodul med 8 ingångar för Pt100-givare. 2 moduler kan anslutas.

• Modul med analog utgång 0-10mA, 4-20mA eller 0-20mA. En modul kan anslutas. En finess är att alla inställningar sparas på ett löstagbart minneskort. Om enheten behöver bytas betyder det att man snabbt kan komma igång igen genom att sätta i det gamla minneskortet i den nya enheten.

Överströmsskyddet har två parametergrupper med 8 inställningar per grupp. Bara en grupp kan vara aktiv men valet av grupp kan göras med en logisk ingång eller genom fjärrstyrning. Åtta inställningar ger fyra steg för skyddet innan transformatorn och 4 steg för skyddet efter transformatorn. För varje steg kan man välja utlösningskarakteristik, konstanttid, 14st olika inverstidkarakteristiker eller en egendesignad utlösningskurva.

Inställningsområdena är 0,05-24*In och momentant eller 0,05-300s.

Jordfelsskydd

Jordfelsskyddet har precis som överströmsskyddet två parametergrupper med 8 inställningar per grupp. Man har 4 möjligheter att mäta jordfelsströmmen: summering av ingående

fasströmmar, summering av utgående fasströmmar eller använda en av de två ingångarna för summaströmstransformatorer.

(33)

- 29 -

Differentialskyddet har kompensering för både amplitud och fasförskjutning. Förutom det vanliga differentialskyddet som jämför ingående och utgående strömmar finns det även ett skydd som jämför förhållandet mellan differentialströmmen Idiffx och strömmen genom transformatorn Itx, där xadjusted xadjusted x I I Idiff = r + r′ där x=1,2,3 ) ,

max( xadjusted xadjusted

x I I

It = r r′

Strömmarna är justerade för transformatornsoch strömtransformatorernas omsättningar och ev. fasförskjutningar.

För strömtransformatorerna gäller två villkor: För primärlindningen 1 3 5 , 2 1 3 1 , 0 Un S In Un S × × ≤ ≤ × × , S=skenbar effekt För sekundärlindningen 2 3 5 , 2 2 3 1 , 0 Un S n I Un S × × ≤ ′ ≤ × ×

Med strömtransformatorer enligt tabell 4.3, 4.4 och 4.5 är båda villkoren uppfyllda. För att undvika felaktig utlösning har skyddet ett neuralt nätverk som analyserar 2a och 5e övertonerna liksom differentiella och genomgående strömmar. Det minskar risken för onödig utlösning vid driftsättning, osymmetriska fel utanför skyddszonen som orsakar mättning i strömtransformatorerna och när transformatorn utsätts för överspänning.

Typisk frånslagstid är 35ms.

Skyddet kan antingen summera fasspänningarna eller ta in nollpunktspänningen från en öppen deltakopplad transformator.

Inställningsområdena är 2-80% av primär huvudspänning och 0,05-300s.

Gas-, tryck- & temperaturvakt

Med en I/O-modul kan man ta in signaler för alla givare.

Skyddet har ingen inbyggd spänningsreglering. Men det går att skapa en primitiv spänningsregulator med hjälp av logiska uttryck och timerfunktioner. Se bilaga 4 och 5.

Blockering

Blockeringssignalerna kan man ta in med en I/O-modul.

Övriga skydd

Förutom de nödvändiga skydd som beskrivits ovan, har T87 en hel del extra skydd. Exempel på dessa är över-/underfrekvens, riktat skydd för aktiv övereffekt, plusföljdsunderspänning, minusföljdsöverspänning och termiskt skydd för kablar.

(34)

Loggning

Med 12 samplingar per period på ett 50Hz-nät kan man spela in maximalt 22 sekunder. Med 36 samplingar per period är 7 sekunder maxtid. Inställningar finns för inspelningstid och hur många perioder som ska spelas in före triggning.

Kommunikation

Som tillval finns det tre olika kommunikationsmoduler för RS485 Modbus. En modul är avsedd för 2-trådars RS485, en för 4-trådars RS485 och en för fiberoptik. De måste förses med 12 eller 24VDC. Med 24V matning och 20 enheter inkopplade är räckvidden 450m med 2- eller 4-tråd. Med fiberoptisk kabel är räckvidden beroende av fiberoptikens diameter men betydligt längre än med kopparkabel. Dessa moduler monteras på en symmetrisk DIN-skena.

Mjukvaran som används för att ställa in skyddet och hämta loggar är mycket enkel och bra uppbyggd. Men när man behöver hjälp är den medföljande hjälpen i html-format inte speciellt bra. Den är väldigt tunn och det är svårt att hitta det man söker.

De tryckta manualerna för skyddet är väldigt bra. De är bra organiserade och håller en lagom nivå vilket gör dem lättlästa.

Ekonomi

Det gick inte att få ett exakt pris, det pris som lämnades ut ska ses som ett riktpris i överkant. Se tabell 6.2.

Tabell 6.2. Pris för Merlin Gerin Sepam T87

Modul Pris

Basenhet 46 000 SEK I/O-modul 7 000 SEK Kommunikationsmodul 1 500 SEK

(35)

- 31 -

6.2 Övriga skydd

Då skydden för utgående matningar, panna 4 och lokaltransformatorn inte behöver så många funktioner finns det flera skydd att välja på.

Från Schneider är det S41 som ingår i jämförelsen. Skydden i serie 20 saknar riktat

jordfelsskydd och spänningsskydd. Skydden i serie 80 har en del extrafunktioner som inte är nödvändiga och endast innebär en högre kostnad.

Från Areva är det ett skydd ur 20-serien som heter P127. Motsvarande skydd i 30-serien var lite dyrare och skydden i serie 40 innehåller väldigt många funktioner och är därmed ännu dyrare.

Från ABB ingår REX 521 ur 500-serien. Det är ett moderna skydd som innehåller lagom många funktioner.

(36)

6.2.1 ABB REX 521

Skyddet finns med ett antal olika konfigurationer för olika ändamål. Till matande ledningar som ska ha

nollpunktspänningsskydd passar t.ex. H05-modellen. Till utgående matningar passar H07 som har riktat

jordfelsskydd och spänningsingångar. Till

lokaltransformatorn räcker modellen M01 som bara har överström och riktat jordfelsskydd. Se bild 6.4.

Bild 6.4. ABB REX 521

Tre grundtonskännande steg finns, ett för låg överström och två för hög överström.

Inställningsområdena för lågströmssteget är 0,1-5*In och 0,05-300s. För högströmssteget är de 0,1-40*In och 0-300s

Jordfelsskydd

Jordfelsskyddet har tre grundtonskännande steg. För lågströmssteget är inställningsområdena 0,01-5*In och 0,05-300s. Inställningsområdena för högströmssteget är 0,1-12*In och 0-300s.

Riktat jordfelsskydd

Det riktade jordfelsskyddet har tre grundtonskännande steg.

För lågströmssteget är inställningsområdena 0,01-0,25*In, 0,05-300s och 0-±90°. Inställningsområdena för högströmssteget är 0,1-2*In, 0-300s och 0°, 30°, 60° eller 90°.

Nollpunktspänningsskyddet har tre grundtonsmätande steg. Inställningsområdena är 0,02-1,0*In och 0,05-300s.

Nollspänningsskydd

Överspänningsskyddet har två steg och kan antingen mäta fasspänningen topp till topp, huvudspänningens grundton eller fasspänningens grundton.

Inställningsområdena är 0,1-1,6xIn och 0,05-300s.

Blockering

(37)

- 33 -

Vilka övriga skydd som finns beror på vilken modell man tittar på. H07 har bl.a. skydd för överspänning, över- och underfrekvens.

Loggning

Skyddet har en händelselista med plats för 50 tidsstämplade händelser.

Mått

Höjden är 6U och bredden är ca 30 TE.

Kommunikation

Det finns tre kommunikationsportar. En optisk port på framsidan som används för att göra inställningar i skyddet, protokollet är SPA. En optisk port på baksidan som används för att koppla skyddet till ett stationsautomationssystem, protokoll som stöds är SPA, LON, IEC 60870-5-103, Modbus och DNP 3.0. Den tredje är en RS485 port som också sitter på baksidan. Protokoll som stöds är SPA, Modbus och DNP 3.0. Endast en av portarna på baksidan kan användas, man får således välja vilken man vill använda utifrån sina behov.

Mjukvaran finns inte för fri nedladdning och har därför inte testats. Manualerna är bra uppbyggda och lättlästa.

Ekonomi

Tabell 6.3. Priser för ABB REX 521

Modell Ca pris

M01 23 000 SEK H05 25 000 SEK H07 27 400 SEK

(38)

6.2.2 Areva MiCOM P127

Bild 6.5. Areva MiCOM P127

Överströmsskyddet har två vanliga överströmssteg. Dessutom finns det ett steg för toppström (eng. peak current). Se bild 6.5.

Inställningsområdena är 0,1-25*In och 0-150s.

Jordfelsskydd

Jordfelsskyddet är grundtonskännande och har tre steg. För att använda det riktade skyddet måste man ansluta nollpunktspänningen. Stegen kan ställas in individuellt om de ska vara riktade eller inte.

Inställningsområdena är 0-150s och ±10°-±170°. För inställning av strömmarna kan man välja på tre olika känsligheter. För högsta känslighet är inställningsområdet 0,02-1xIn i steg om 0,001. För lägsta känslighet är inställningsområdet 0,1-25xIn i steg om 0,1.

Skyddet är grundtonskännande och har ett steg. Spänningen kan antingen tas in från en spänningstransformator eller beräknas som summan av fasspänningarna.

Inställningsområdena är 1-260V och 0-600s.

Överspänningsskyddet som kan mäta fas- eller huvudspänning har två steg.

Inställningsområdena är 2-260V vilket motsvarar 0,2-2,35*In. Tiden kan ställas mellan 0 och 260s för det första steget. För det andra steget är området 0 till 600s.

Blockering

Det finns två logikingångar som kan användas för att blockera ström och/eller spänningssteg. Likaså finns det logikutgångar för att skicka en blockeringssignal till ovanliggande reläskydd.

Övriga skydd

Riktat överströmsskydd, termiskt skydd, underspänning m.m.

Loggning

Loggfunktionerna består av en händelselista, fellista och en störningsskrivare.

Händelselistan har plats för 75 händelser. En händelse kan trigga på alarm, utlösning, ändring på en logisk ingång eller ändring på inställning.

(39)

- 35 -

Mått

Höjden är 4U och bredden är 30TE.

Kommunikation

På baksidan finns det en RS485 port för kommunikation med Modbus och IEC 60870-5-103 protokollen. På framsidan sitter det en RS232 port som används för att uppdatera mjukvaran och koppla upp sig med S1-mjukvaran.

Mjukvaran är i stort sett samma som för P632 men upplägget är lite enklare och då det inte finns lika många inställningar blir det mycket mer lättanvänt.

Manualen är ganska bra. Den innehåller bra beskrivande texter och har en bra struktur.

Ekonomi

(40)

6.2.3 Merlin Gerin Sepam S41

Bild 6.6. Ett skydd ur Sepam serie 40.

Skyddet kan ställas in för övervakning av antingen två eller tre faser. Fyra steg finns och på samtliga kan man välja mellan konstanttid eller inverstid. Två

inställningsgrupper finns tillgängliga. Se bild 6.6.

Inställningsområdena är 0,1-24*In och 0,05-300s.

Jordfelsskydd

Jordfelsskyddet har samma egenskaper som överströmsskyddet. Jordfelsströmmen kan antingen beräknas genom summering av

fasströmmarna eller tas in från en summaströmstransformator. Inställningsområdena är 0,1-15xIn och 0,05-100s.

Riktat jordfelsskydd

Skyddet har två separata steg. Utlösningsriktningen kan väljas och vinkeln kan ställas in mellan 0° och 90° i steg om 15°.

Inställningsområdena är 0,1-15*In och 0,05-300s.

Nollpunktspänningen kan antingen tas in från en spänningstransformator eller beräknas som summan av fasspänningnarna.

Inställningsområdena är 0,02-0,8*In och 0,05-300s.

Tre spänningsingångar finns vilket ger stor valfrihet hur man vill koppla in spänningen. Man kan mäta tre fasspänningar, två huvudspänningar eller en huvudspänning. Om man väljer att mäta en eller två huvudspänningar kan man dessutom mäta nollföljdspänningen.

Inställningsområdena är 0,2-1,5*In och 0-100s.

Blockering

Blockeringssignaler kan tas in med en I/O-modul som finns som tillägg.

Övriga skydd

(41)

- 37 -

Störningsskrivaren loggar fyra strömkanaler, tre spänningskanaler, tio logikingångar och fyra logikutgångar. Strömmarna och spänningarna samplas med 12 samplingar per sekund. Totalt kan 20 sekunder spelas in på ett 50Hz nät. Upp till 99 perioder kan spelas in före aktiverad störning.

Mått

Skyddet är 5U högt och ca 35 TE brett.

Kommunikation

Bild 6.7. Kommunikationsmodul för RS485

Som tillval finns det tre olika

kommunikationsmoduler för RS485 Modbus. En modul är avsedd för 2-trådars RS485 (se bild 6.7), en för 4-trådars RS485 och en för fiberoptik. De måste förses med 12 eller 24VDC. Med 24V matning och 20 enheter inkopplade är räckvidden 450m med 2- eller 4-tråd. Med fiberoptisk kabel är räckvidden beroende av fiberoptikens diameter men betydligt längre än med kopparkabel. Dessa

moduler monteras på en symmetrisk DIN-skena.

Användarvänligheten är precis som för T87 mycket god.

Ekonomi

Tabell 6.3. Pris för Merlin Gerin S41

Modul Pris

Basenhet 23 000 SEK I/O-modul 3 000 SEK Kommunikationsmodul 1 500 SEK

Totalt 27 500 SEK

(42)

7. Jämförelse av nya skydd

Samma tillverkare kommer att rekommenderas för samtliga skydd. Anledningen är att det underlättar installation, underhåll, inköp och vid installation av ett kommunikationsystem. Rent generellt finns det två faktorer som påverkar, oberoende av skydden i sig.

Fiskeby Board AB har inga skydd från Areva tidigare. Om än inte så stor så är det ändå en nackdel att få in ett nytt fabrikat. Det andra är att det redan sitter ett Merlin Gerin S41-skydd i ställverket.

Rent funktionsmässigt är de olika skydden ganska lika. Den största skillnaden är

spänningsregleringen. ABBs skydd har inbyggd spänningsreglering medan Areva har en extern spänningsregulator och Merlin Gerin inte har någon alls. Merlin Gerins Sepam T87 är utrustad med åtta strömingångar och fyra spänningsingångar. Motsvarande siffror för ABB och Arevas reläskydd för transformatorer är sju/två och åtta/en.

Vad gäller kommunikation så erbjuder ABB störst valfrihet genom att det finns stöd för många olika protokoll. Schneiders skydd har endast stöd för Modbus.

Arevas skydd har de minsta måtten vilket är bra då det blir enklare att få ihop det i skåp RC1. Användbarheten är Merlin Gerins största fördel. Både mjukvaran och dokumentationen är betydligt bättre konkurrenternas.

Totalpriset som endast avser själva skydden framgår av tabell 7.1. Areva är klart billigast trots att deras skydd är jämbördiga med de övriga.

Tabell 7.1. Sammanfattad jämförelse av de tre tillverkarna och deras skydd.

Fördelar Nackdelar Tot. ca pris

ABB * Inbyggd spänningsreglering * Många kommunikationsprotokoll tillgängliga

* Olika modeller som ev. gör reservdelshållning svårare

375 000 kr

Areva * Billiga

* Högst funktionalitet/krona

* Finns inga tidigare * Dålig användarvänlighet * Separata

spänningsregulatorer

340 000 kr

Merlin Gerin * Sitter redan ett i ställverket * Överlägsen användarvänlighet * Spänningsreglering går att implementera i ”logik-kod”

(43)

- 39 -

8. Slutsats och diskussion

De tre tillverkarnas reläskydd som jämförts är jämbördiga och ingen av dem är ett dåligt val. Inga skydd kan entydigt rekommenderas. Men Arevas skydd med sitt 10% lägre pris är mycket prisvärda. Om man värdesätter användarvänlighet är Schneiders skydd ett mycket bra val, detta under förutsättning att mjukvaruspänningsregleringen också fungerar i praktiken.

(44)

9. Källförteckning

[1] Jacobsson, Karl Axel (1997, 2002), Elkrafthandboken – Elkraftsystem 1, Stockholm Liber AB. ISBN 91-47-05176-0

[2] Jacobsson, Karl Axel (1993), Eltekniska scheman och schemakonstruktion, Stockholm Liber utbildning AB. ISBN 91-634-0156-8

[3] Elfving, Gunnar (1993), ABB Handbok industri, Västerås ABB industrigruppen. ISBn 91-970956-5-6

[4] Elfving, H (2000), Selektivplaner för Fiskeby Board AB, Norrköping SwedPower [5] http://www.abb.com/substationautomation [6] http://www.areva-td.com/static/html/TDE-AGF_ProductLine-ProductLine_Detailv2_1079943326752.html [7] http://www.schneider-electric.se/produkter/products.asp?GroupString=|3929|3937|&ID=100405&BrandID=3541

(45)

- 41 -

10. Bilagor

(46)

Bilaga 2. Engelsk-svensk ordlista

Engelska Svenska Over-/undercurrent Över-/underström (Non)directional (O)riktat Earth-fault Jordfel Restricted earth-fault

(differential current earth-fault)

Jorddifferentialskydd Under-/over voltage Över-/underspänning

Residual voltage Summaspänning, nollpunktspänning Under-/over frequency Över-/underfrekvens

Under impedance Underimpedans

Winding Lindning Overfluxing Övermagnetisering Overexcitation Övermagnetisering

Circuit breaker (Effekt)brytare

Busbar Samlingsskena Negative sequence voltage/current Minusföljdspänning/ström

Positive sequence voltage/current Plusföljdspänning/ström

Zero sequence Nollföljd

(47)

- 43 -

Bilaga 3. Förkortningar

Förkortning Betydelse

EHV Extra high voltage

CB Circuit breaker

CT Current transformer

(48)

(49)

- 45 -

Bilaga 5. Spänningsregulatorkod för Sepam T87

//--- Underspänningsreglering // Hysteresfunktion VL1 = SR(P27_1_1, P27_2_1) // Fördröjningstimer för underspänning VL2 = TON(VL1, delay)

// Blockeringsar för fördröjning, överström, puls ut, utlöst och underspänning VL3 = VL2 AND (NOT P50/51_4_1) AND (NOT VL6) AND (NOT V_TRIPPED) AND (NOT P27_4_1 )

//

VL4 = VL3 AND NOT VL5

// Pulslängd till lindningsomkopplaren VL5 = TOF(VL4, tappulse)

// Fördröjning för påföljande kopplingar VL6 = TOF(VL4, delay2) //--- Slut underspänningsreglering //--- Överspänningsreglering // Hysteresfunktion VL11 = SR(P59_1_1, P59_2_1) // Fördröjningstimer för underspänning VL12 = TON(VL11, delay)

// Blockeringsar för fördröjning, överström, puls ut, utlöst VL13 = VL12 AND (NOT P50/51_4_1) AND (NOT VL16) AND (NOT V_TRIPPED)

//

VL14 = VL13 AND NOT VL15

// Pulslängd till lindningsomkopplaren VL15 = TOF(VL14, tappulse)

// Fördröjning för påföljande kopplingar VL16 = TOF(VL14, delay2)